CN105570615B - 一种高温管道用的梯度纳米气凝胶玻璃纤维棉毡 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高温管道用的梯度纳米气凝胶玻璃纤维棉毡，其特征在于所述的梯度纳米气凝胶玻璃纤维棉毡由内至外依次是纸与纸之间填充纳米气凝胶颗粒，每间隔5毫米夹一层铝箔的纳米气凝胶玻璃纤维纸层、纸与纸之间添加超细玻璃纤维棉毡用粘结剂，两侧附有一层不锈钢薄膜的超细玻璃纤维纸层和棉毡内添加超细玻璃纤维棉毡用添加剂，重量含量为10％‑20％，排水率为20g的憎水阻燃玻璃纤维棉毡。梯度纳米气凝胶玻璃纤维棉毡能在500℃左右的环境下长时间服役，内层与中间层交界处温度不超过200℃，中间层与外层交界处温度不超过100℃，整体的导热系数在0.040W/m·K左右，大大削减了材料的整体厚度，利于安装拆卸，同时缩短了施工周期，提高了经济效益。
Description
技术领域
本发明专利涉及一种梯度纳米气凝胶玻璃纤维棉毡，特别是涉及一种高温管道用的梯度纳米气凝胶玻璃纤维棉毡。
技术背景
随着核电行业的发展，核能这种高效清洁的能源越来越被人重视，国家对核能的利用也有明确的规划，在保证安全的前提下合理利用核能可以有效缓解日益紧张的能源危机。在快堆中，为了使放射性的堆芯同发电部分隔离开，钠冷却系统分为一次回路和二次回路，一次回路直接同堆芯接触，通过热交换器把热传给二次回路，二次回路的钠流加热锅炉，产生483℃左右的蒸汽，用以驱动汽轮机发电。在核电中，核能通过热-热交换的形式转换成电能，因此热能的传递就直接关系到核电站的热能效率，而核电站的热能传递主要是通过不同机组之间的管道工艺实现的，管道的保温就显得非常重要，通过对管道外隔热，减少热能损失，不仅能够维持各系统功能的平衡稳定，保证核电站的安全运行，而且能显著提高热能效率。由此可见，核电站工艺管道的保温节能对核电站的发电效率有重要的直接价值，且具有非常广阔的发展前景。
绝热保温材料在核电、火电等热力发电厂的保温、节能、增效中占有及其重要的地位，它具有节约能源，降低热损失，满足电厂工艺要求，确保设备、人身安全，改善环境，提高经济效益等作用，是核电厂建设中的重要组成部分。目前国内的核电管道一般采用传统的岩棉进行包覆，一方面岩棉的导热系数非常高，大大增加了管道厚度，另一方面使用岩棉包覆工艺流程繁琐，耗费大量的人力物力，我国正大力发展核电事业，建设核电站组数量居全球第一，但同时也对管道设备的保温材料提出了更高的要求。正确的选择管道和设备的保温材料，不但可以提高核电站的热经济性还可以减少核电站的投资费用，对于核电事业的发展具有极大的推动作用。
申请号为201310011984.9的中国发明专利公开了一种核电厂设备和管道用复合型保温层，该保温层是通过若干独立的保温块搭接而成；当核电厂设备或管道外壁温度高于200℃时，所述的保温块在壳体内依次装填内保温层、支撑层一、包覆隔离材料的中子屏蔽层、支撑层二、伽马屏蔽层、支撑层三和外保温层；当核电厂设备或管道外壁温度低于200℃时，所述的保温块在壳体内依次装填包覆隔离材料的中子屏蔽层、支撑层二、伽马屏蔽层、支撑层三、外保温层。该发明的优点是能够在满足保温需求的基础上，减少人员受到的辐照剂量，满足“合理可行尽量低”的设计原则。其缺点是当外壁温度过高超过500℃时，容易造成内保温层部分填充物失效，进而影响其保温隔热性能，另外其保温块结构设计较为复杂，对层间要求较高，后期的检修拆卸过程中易损坏而失效。
申请号为201220616177.0的中国实用新型公开了一种采用三层保温结构的蒸汽输送管道，该蒸汽输送管道为内滑动式管道，内到外依次为内工作管、硬质纳米绝热复合材料层、硬质耐高温玻璃棉层、有机泡沫层和外套钢管，采用硬质纳米绝热复合材料层和硬质耐高温玻璃棉层代替了现有的硅酸钙瓦或硅酸镁瓦，管道中不存在空气层，避免了空气层容易进水带来的一系列问题，也无需另设滑动、导向支架。本实用新型的优点是蒸汽输送管道有很强的抗压能力，而且保温效果好，防水效果好，重量轻，便于运输和安装，节约了生产成本，可以广泛应用于蒸汽输送管道生产制造领域中。其缺点是采用硬质纳米绝热复合材料层，容易在安装拆卸的过程中发生损坏，进而造成保温层的失效，影响材料的整体保温性能。
如上述两个专利，在管道保温方面，特别是针对高温管道传热方面，单一的保温材料普遍存在导热系数高，厚度过厚等问题，而整体的保温层模块又存在最高耐温不够、制作工艺复杂等难题，还不能满足目前的应用现状，因此急需一种新型的保温结构来解决现有的问题。
发明内容
本发明专利的目的旨在克服现有技术的不足，提供一种用于高温管道的导热系数更小、结构更为优化的梯度纳米气凝胶玻璃纤维棉毡。
为实现本发明专利的目的所采用的技术方案是：一种高温管道用的梯度纳米气凝胶玻璃纤维棉毡，其特征在于所述的梯度纳米气凝胶玻璃纤维棉毡的最内层是厚度为20毫米-40毫米的纳米气凝胶玻璃纤维纸层，纤维直径为1微米-2微米，纤维纸厚度为5微米-15微米，纤维直径越细，纤维纸越薄，纤维缠绕搭接形成的孔隙就越小、越密，孔隙中束缚的空气流动性、扩散性就变差，大大减少了纤维纸的导热系数；纸与纸之间填充有纳米气凝胶颗粒，体积含量为15％-25％，气凝胶颗粒的比表面积800m2/g-900m2/g，孔隙率为93％-96％，孔径为10纳米-20纳米，纳米气凝胶的网络结构有效地限制了局域热激发的传播，纳米微孔洞抑制了气体分子对热传导的贡献，其固态热导率比相应的玻璃态材料低2-3个数量级；每间隔5毫米夹一层2微米-4微米厚铝箔，由箔玻纤布、阻燃胶粘剂和玻纤布三部分构成，铝箔膜用于反射纳米气凝胶玻璃纤维纸层的热量，使纳米气凝胶玻璃纤维纸层与超细玻璃纤维纸层交界处温度不超过200℃。
梯度纳米气凝胶玻璃纤维棉毡的中间层是厚度为2毫米-4毫米的超细玻璃纤维纸层，纤维纸厚度为2微米-10微米，纸与纸之间添加超细玻璃纤维棉毡用粘结剂，体积含量为1％-2％，粘结剂能在一定程度上增加其纤维纸层的力学性能；超细玻璃纤维纸层两侧附有一层1微米-3微米厚不锈钢薄膜，在防止内层气凝胶颗粒脱落的同时能反射热量，使超细玻璃纤维纸层与憎水阻燃玻璃纤维棉毡交界处温度不超过100℃。
梯度纳米气凝胶玻璃纤维棉毡的最外层是厚度为10毫米-20毫米的憎水阻燃玻璃纤维棉毡，憎水阻燃玻璃纤维棉毡内添加超细玻璃纤维棉毡用添加剂，添加剂中含有绝热阻燃性能优异的有机物，有机物的重量含量为10％-20％，一方面能大大降低玻璃纤维棉毡的导热系数，另一方面增加了玻璃纤维棉毡的憎水阻燃性能，使其整体的排水率为20g，达到国际领先水平。
本发明的有益效果是：①梯度纳米气凝胶玻璃纤维棉毡的最内侧为纳米气凝胶玻璃纤维纸层，能耐1200℃的高温，中间层为超细玻璃纤维纸层，能有效阻止热量传递，最外层为憎水阻燃玻璃纤维棉毡，经憎水处理后可防止水分蓄积，各个棉毡协同作用，大大增加了安全性能；②梯度纳米气凝胶玻璃纤维棉毡内部设置各个热反射层，能够进一步防止热量散失，保证了管道保温效果；③梯度纳米气凝胶玻璃纤维棉毡能在500℃左右的环境下长时间服役，纳米气凝胶玻璃纤维纸层与超细玻璃纤维纸层交界处温度不超过200℃，超细玻璃纤维纸层与憎水阻燃玻璃纤维棉毡交界处温度不超过100℃，整体的导热系数在0.040W/m·K左右，大大削减了材料的整体厚度，一方面减少了管道所占用的空间，便于人员操作，另一方面模块化的设计使得后期的维修拆卸更为方便，缩减了维修周期，大大提高了经济效益。
附图说明
图1是采用梯度纳米气凝胶玻璃纤维棉毡进行保温的高温管道结构图。
图中10为内工作管，20为纳米气凝胶玻璃纤维纸层，30为超细玻璃纤维纸层，40为憎水阻燃玻璃纤维棉毡。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定。
实施例1
参照图1，是一种采用梯度纳米气凝胶玻璃纤维棉毡进行保温的高温管道结构图，10为内工作管，20为纳米气凝胶玻璃纤维纸层，30为超细玻璃纤维纸层，40为憎水阻燃玻璃纤维棉毡，其特征在于所述的梯度功能玻璃棉毡由内至外依次是厚度为20毫米的纳米气凝胶玻璃纤维纸层，纤维直径为1微米，纤维纸厚度为5微米，纸与纸之间填充有纳米气凝胶颗粒，体积含量为15％，气凝胶颗粒的比表面积800m2/g，孔隙率为93％，孔径为10纳米，每间隔5毫米夹一层2微米厚铝箔；厚度为2毫米的超细玻璃纤维纸层，纤维纸厚度为2微米，纸与纸之间添加超细玻璃纤维棉毡用粘结剂，体积含量为1％，超细玻璃纤维纸层两侧附有一层1微米厚不锈钢薄膜；厚度为10毫米的憎水阻燃玻璃纤维棉毡，憎水阻燃玻璃纤维棉毡内添加超细玻璃纤维棉毡用添加剂，重量含量为10％，排水率为20g，纳米气凝胶玻璃纤维纸层与超细玻璃纤维纸层交界处温度不超过200℃，超细玻璃纤维纸层与憎水阻燃玻璃纤维棉毡交界处温度不超过100℃。
实施例2
参照图1，是一种采用梯度纳米气凝胶玻璃纤维棉毡进行保温的高温管道结构图，10为内工作管，20为纳米气凝胶玻璃纤维纸层，30为超细玻璃纤维纸层，40为憎水阻燃玻璃纤维棉毡，其特征在于所述的梯度功能玻璃棉毡由内至外依次是厚度为40毫米的纳米气凝胶玻璃纤维纸层，纤维直径为2微米，纤维纸厚度为15微米，纸与纸之间填充有纳米气凝胶颗粒，体积含量为25％，气凝胶颗粒的比表面积900m2/g，孔隙率为96％，孔径为20纳米，每间隔5毫米夹一层4微米厚铝箔；厚度为4毫米的超细玻璃纤维纸层，纤维纸厚度为10微米，纸与纸之间添加超细玻璃纤维棉毡用粘结剂，体积含量为2％，超细玻璃纤维纸层两侧附有一层3微米厚不锈钢薄膜；厚度为20毫米的憎水阻燃玻璃纤维棉毡，憎水阻燃玻璃纤维棉毡内添加超细玻璃纤维棉毡用添加剂，重量含量为20％，排水率为20g。纳米气凝胶玻璃纤维纸层与超细玻璃纤维纸层交界处温度不超过200℃，超细玻璃纤维纸层与憎水阻燃玻璃纤维棉毡交界处温度不超过100℃。
上述仅为本发明的二个具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护的范围的行为。但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何形式的简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (1)
1.一种高温管道用的梯度纳米气凝胶玻璃纤维棉毡，其特征在于所述的梯度纳米气凝胶玻璃纤维棉毡由内至外依次是厚度20毫米-40毫米的纳米气凝胶玻璃纤维纸层，纤维直径为1微米-2微米，纤维纸厚度为5微米-15微米，纸与纸之间填充有纳米气凝胶颗粒，体积含量为15％-25％，气凝胶颗粒的比表面积800m2/g-900m2/g，孔隙率为93％-96％，孔径为10纳米-20纳米，每间隔5毫米夹一层2微米-4微米厚铝箔；厚度为2毫米-4毫米的超细玻璃纤维纸层，纤维纸厚度为2微米-10微米，纸与纸之间添加超细玻璃纤维棉毡用粘结剂，体积含量为1％-2％，超细玻璃纤维纸层两侧附有一层1微米-3微米厚不锈钢薄膜；厚度为10毫米-20毫米的憎水阻燃玻璃纤维棉毡，憎水阻燃玻璃纤维棉毡内添加超细玻璃纤维棉毡用添加剂，重量含量为10％-20％，排水率为20g；纳米气凝胶玻璃纤维纸层与超细玻璃纤维纸层交界处温度不超过200℃，超细玻璃纤维纸层与憎水阻燃玻璃纤维棉毡交界处温度不超过100℃。
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